深入理解Java类加载机制

偏执的太偏执、 2023-07-15 09:19 2阅读 0赞

一：前言

Java语言的类型可以分为两大类：基本类型和引用类型。

基本类型  包括byte，short，int，long，float，double，boolean，char。

引用类型  包括类，接口，数组类和泛型参数。由于泛型参数会在编译过程中被擦除，因此Java虚拟机实际上只有前三种。在类，接口和数组类中，数组类是由Java虚拟机直接生成的，其它两种则有对应的字节流。

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二：加载

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1.加载，就是查找字节流，并且据此生成一个代表这个类的java.lang.Class对象的过程。注意这里字节流不一定非得要从一个Class文件获取，这里既可以从ZIP包中读取（比如从jar包和war包中读取），也可以在运行时计算生成（动态代理），也可以由其它文件生成（比如将JSP文件转换成对应的Class类）。加载的信息存储在JVM的方法区。

2.对于数组类来说，它并没有对应的字节流，而是由Java虚拟机直接生成的。对于其它的类来说，Java虚拟机则需要借助类加载器来完成查找字节流的过程。

3.类加载器有两种，一种是启动类加载器，其它的类加载器都是java.lang.ClassLoader的子类。启动类加载器是由C++实现的，没有对应的Java对象，因此在Java中只能用null代替。除了启动类加载器之外，另外两个重要的类加载器是扩展类加载器和应用类加载器，均由Java核心类库提供。 启动类加载器加载最为基础，最为重要的类，如JRE的lib目录下jar包中的类；扩展类加载器的父类是启动类加载器，它负责加载相对次要，但又通用的类，如JRE的lib/ext目录下jar包中的类；应用类加载器的父类加载器则是扩展类加载器，它负责加载应用程序路径下的类。

4.JVM通过双亲委派模型进行类的加载，当然我们也可以通过继承java.lang.ClassLoader实现自定义的类加载器。当一个类加载器收到类加载任务，会先交给其父类加载器去完成，因此最终加载任务都会传递到顶层的启动类加载器，只有当父类加载器无法完成加载任务时，才会尝试执行加载任务。

采用双亲委派的一个好处是比如加载位于rt.jar包中的类java.lang.Object，不管是哪个加载器加载这个类，最终都是委托给顶层的启动类加载器进行加载，这样就保证了使用不同的类加载器最终得到的都是同样一个Object对象。

三：链接

链接，是指将创建成的类合并至Java虚拟机中，使之能够执行的过程。它分为验证，准备和解析三个阶段。

1.验证

该阶段的目的在于确保被加载类能够满足Java虚拟机的约束条件。

2.准备

该阶段的目的是为被加载类的静态字段分配内存，即在方法区中分配这些变量所使用的内存空间。Java代码中对静态字段的具体初始化，则会在稍后的初始化阶段中进行。

3.解析

在class文件被加载至Java虚拟机前，这个类无法知道其它类及其方法，字段所对应的具体地址。甚至不知道自己方法，字段的地址。因此，每当需要引用这些成员时，

Java编译器会生成一个符号引用。在运行阶段，这个符号引用一般能够无歧义地定位到具体目标上。解析阶段的目的，正是将这些符号引用解析为实际引用。如果符号引用

指向一个未被加载的类，或者未被加载类的字段或方法，那么解析将触发这个类的加载。

四：初始化

1.初始化阶段是类加载最后一个阶段，前面的类加载阶段之后，除了在加载阶段可以自定义类加载器以外，其它操作都由JVM主导。到了初始阶段，才开始真正执行类中定义的Java程序代码。

2.在 Java 代码中，如果要初始化一个静态字段，我们可以在声明时直接赋值，也可以在静态代码块中对其赋值。

如果直接赋值的静态字段被 final 所修饰，并且它的类型是基本类型或字符串时，那么该字段便会被 Java 编译器标记成常量值（ConstantValue），其初始化直接由 Java 虚拟机完成。除此之外的直接赋值操作，以及所有静态代码块中的代码，则会被 Java 编译器置于同一方法中，并把它命名为 < clinit >。

类加载的最后一步是初始化，便是为标记为常量值的字段赋值，以及执行 < clinit > 方法的过程。Java 虚拟机会通过加锁来确保类的 < clinit > 方法仅被执行一次。

只有当初始化完成之后，类才正式成为可执行的状态。

3.JVM 规范枚举类的初始化被触发的情况：

a.当虚拟机启动时，初始化用户指定的主类；

b.当遇到用以新建目标类实例的 new 指令时，初始化 new 指令的目标类；

c.当遇到调用静态方法的指令时，初始化该静态方法所在的类；

d.当遇到访问静态字段的指令时，初始化该静态字段所在的类；

e.子类的初始化会触发父类的初始化；

f.如果一个接口定义了 default 方法，那么直接实现或者间接实现该接口的类的初始化，会触发该接口的初始化；

j.使用反射 API 对某个类进行反射调用时，初始化这个类；

h.当初次调用 MethodHandle 实例时，初始化该 MethodHandle 指向的方法所在的类。

五：总结

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